Aptameri rakendused neuroteaduses, 4. osa

PET on veel üks väga tõhus kliinilises diagnostikas kasutatav pildistamismeetod, kuna see võib pakkuda tomograafilist eraldusvõimet mis tahes koe sügavusel.

PET-skaneerimine ehk positronemissioontomograafia on meditsiiniline pilditehnoloogia, mille abil saab tuvastada erinevate elundite ja kudede funktsionaalset ja metaboolset seisundit. Viimastel aastatel on PET-skaneeringuid laialdaselt kasutatud ka mälu uurimiseks.

Uuringud on leidnud, et PET-skaneeringud võivad tuvastada aju metaboolset aktiivsust ja verevoolu, mis on tihedalt seotud inimese kognitiivsete ja mäluvõimetega. PET-skaneeringute abil saab jälgida, kas tunnetuse ja mäluga seotud valdkondades esineb kõrvalekaldeid ning kuidas need teavet edastavad ja töötlevad.

PET-skaneerimise rakendamine on võimaldanud teadlastel teha närvisüsteemi uurimisel tohutuid edusamme. Näiteks ühes uuringus leiti, et vanemate täiskasvanute aju ainevahetus on aeglasem kui nooremate täiskasvanute oma, mis on üks peamisi põhjusi, miks vanemad täiskasvanud kogevad mälukaotust ja kognitiivset langust. Lisaks võivad PET-skaneeringud tuvastada neuroloogiliste haiguste tunnuseid, nagu neurodegeneratiivsed haigused ja Alzheimeri tõbi. See võib aidata arstidel neid haigusi varakult diagnoosida ja ravida, et leevendada patsientide kannatusi nii palju kui võimalik.

Lisaks, nagu me mõistame, on mälu keeruline närviprotsess. PET-skaneerimise tehnoloogia võimaldab paremini mõista mälu kujunemise ja säilitamise protsessi. See aitab meil välja töötada paremaid mälutreeningu meetodeid, et inimesed saaksid teadmisi ja oskusi paremini omandada.

Kokkuvõtteks võib öelda, et PET-skaneeringute kasutamine mälu uurimisel annab meile põhjalikumaid andmeid ja sügavamat arusaamist. Selle tehnoloogia abil saame paremini mõista, hinnata ja parandada oma mälu ja kognitiivseid võimeid, et kohaneda paremini sotsiaalse arengu ja igapäevaeluga. On näha, et me peame parandama mälu ja Cistanche deserticola võib oluliselt parandada mälu, sest Cistanche deserticola on traditsiooniline Hiina ravimmaterjal, millel on palju ainulaadseid toimeid, millest üks on mälu parandamine. Cistanche deserticola efektiivsus tuleneb paljudest selles sisalduvatest toimeainetest, sealhulgas parkhape, polüsahhariidid, flavonoidglükosiidid jne. Need koostisosad võivad mitmel viisil edendada aju tervist.

Lühimälu parandamiseks klõpsake nuppu Tea

PET-pildistamine põhineb positrone kiirgavatel radioisotoopidel, nagu 13N, 18F, 11C, 64Cu, 124I ja 68Ga. Fluori isotoopi (18F) kasutatakse sageli selle soodsa poolestusaja (umbes 110 min), pingutuseta tootmise, puhta lagunemise ja vähese emissiooniga energia tõttu.

Mis puudutab MRI-d, siis PET-i jaoks on kõige olulisem väljakutse sihtmärgispetsiifiliste pildistamisainete kavandamine [128]. Sel eesmärgil näidati, et trombiini aptameeri saab fotokeemiliselt konjugeerida 3-asido-5-nitrobensüülfluoriidiga ([18F]ANBF) [70].

Samuti on teatatud 18F-märgistatud aptameeridel põhinevast PET-pildist selliste valkude puhul nagu tenastsiin C [131], valgu türosiinkinaas 7 [132] ja EGF retseptor [133].

3.7.2. Diagnoos

Epidermaalse kasvufaktori retseptori variant III (EGFRvIII), mis on onkogeenne pigem konstitutiivse aktivatsiooni kui EGFR-i ligandide reguleerimise tõttu, suurendab gliomatomorogeensust ja vastupanuvõimet ravile [134]. EGFRvIII üleekspresseerivaid U87-EGFRvIII rakke kasutati DNA aptameeride saamiseks, mis muutsid rakkude kasvukiirust ja suurendasid kiirgustundlikkust [135].

Aptameeride (U2, U8, U19 ja U31) seondumisvõimet U87-EGFRvIII-ga kinnitati voolutsütomeetria ja konfokaalse mikroskoopia analüüsiga. Theaptameer inhibeeris kasvajarakkude (U87) proliferatsiooni ja metastaase ning mõjutas signaaliülekandeid EGFR-ist allavoolu.

Samuti töötati mitmete modifikatsioonide abil selle aptameeri mitu varianti. Kuigi kärpimine suurendas selle spetsiifilisust, suurendas GCpairide sisestamine juuksenõela varre termilist stabiilsust. Molekulaarse dokkimise abil tuvastatud püreenmodifikatsioonidega aptameerid suurendasid aptameeri afiinsust sihtmolekulide suhtes [136]. Veelgi enam, 118Re-märgistatud U2 näitas in vivo kasvajavastast toimet.

Need paljulubavad tulemused julgustavad U2 aptameeri kasutamist uudse terapeutilise ainena sihtotstarbelistes ravimite kohaletoimetamise süsteemides [125]. Enamik praegustest ravimitest on ebaõnnestunud terapeutilise aine vähese spetsiifilisuse tõttu, millel on kõrvaltoimed.

Sihtravi peamine eesmärk on suurendada ravimite selektiivsust ja vähendada "sihtmärgiväliseid" kõrvaltoimeid. Üks lähenemisviis selle eesmärgi saavutamiseks on ravimite kohaletoimetamise süsteemid, mis kasutavad haigustele spetsiifilisi ligande, nagu aptameeri ja ravimi konjugaadid (ApDC-d) [137].

Bakteri Serratia marcescens toodetav prodigiosiin on tsütotoksiline, millel on vähi- ja malaariavastased omadused. Ühel selle derivaadil, prodigiosiin 25-C-l, on immunosupressiivne toime. Prodigiosiiniga konjugeeritud aptameer sihib spetsiifiliselt ajuvähi rakupindu.

Molekulaarse modelleerimise tööriista abil lasti Ascalaphi disainertarkvaral, glutamaadi retseptoril ja erinevatel aptameeridel interakteeruda NVT ansamblis 50 ns ja temperatuuril 310 K. Selle simulatsiooniuuringu põhjal tuvastati viis aptameeri kandidaati nende delta molekulidevahelise energia põhjal. (∆ INME). Simulatsiooniandmete kinnitamiseks inkubeeriti neid valitud aptameere ajuvähirakkude ja normaalsete ajurakkudega eraldi.

Lõpuks arvutati mõlema rakutüübi jaoks iga aptameeri spetsiifiline seondumisprotsent. Täheldati, et aptameeridel 8, 10, 11, 23 ja 69 on võime sihtida epitoope kõigis kõrge afiinsusega ja madala ∆ INME ajuvähirakkudes. Lisaks adsorbeerisid nende hulgas ajuvähirakud aptameeri 10 kõrgel tasemel ja selle adsorptsioon normaalsete rakkude poolt oli dramaatiliselt madal [138].

Nagu varem mainitud, on ajuhäirete ravi peamiseks piiranguks BBB, mis piirab enamiku väikeste molekulide sisenemist ajju. Koespetsiifilise sihtimise vajadus on veel üks piirav tegur. Ravimite manustamine aju peamistesse haigetesse piirkondadesse on tõhusa ravi jaoks oluline lähenemisviis.

Transferriin (Tf), mis asub BBB endoteelirakkude membraanidel, võimaldab molekulidel läbida BBB [139–141]. Hiljutises uuringus liideti Tf-retseptorile (TfR) suunatud aptameer EpCAM-i (epiteelirakkude adhesioonimolekuli) ekspresseerivate vähirakkudega seonduva aptameeriga [142]. Aptameeri konjugaat säilitas spetsiifilisuse ja näitas suurenenud seondumisafiinsust EpCAM-i ja TfR-i suhtes.

Nende aptameeride transtsütoos BBB kaudu kinnitati in vivo pärast 1-nmolinjektsiooni. See uuring näitas, et bifunktsionaalsed aptameeri kimäärid võivad ületada BBB ja neil on potentsiaal spetsiifiliselt ajuhäirete raviks.

Kasutades sarnast strateegiat osakeste puhul, pakuti mesopoorsetele ruteeniumi [Ru (bpy) 2 (tip)] 2+ (RBT) nanoosakestele (MRN) kahe sihtimise funktsioon, mis saavutati aptameer AS1411 (Apt) ja Tf pookis MRN-pindadele, mille tulemuseks oli suur vähivastaste ravimite laadimisvõime [143]. See nanosüsteem RBT@MRN-SS-Tf/Apt võimaldas tõhusalt BBB tungimist Tf poolt ja spetsiifilist sihtimist, et tappa glioomirakud in vitro ja in vivo.

Veelgi enam, reaktiivsete hapnikuliikide (ROS) tootmine [Ru (bpy) 2 (tip)]2+ poolt indutseeris glioomirakkude apoptoosi laserkiirguse all, võimaldades fotodünaamilist ravi (PDT), mis on näidanud, et see pikendab ellujäämisperioodi.

Need ravimite kohaletoimetamise lähenemisviisid näitavad, et TfR-i sihtimine võib olla edukas vahend lasti liigutamiseks üle BBB ja et aptameeri kimääre saab sel eesmärgil tõhusalt kasutada ajukasvajate ja teiste kesknärvisüsteemi ajuhaiguste raviks. Väikestel segavatel RNA-del (siRNA) on järjestusspetsiifiline geenivaigistamise võime, mis muudab need alternatiivsed terapeutilised vahendid.

Siiski on siRNA kohaletoimetamine sihtrakkudesse olnud keeruline, kuna siRNA-de efektiivsuse suurendamiseks on välja töötatud arvukalt aptameeripõhiseid siRNA kohaletoimetamissüsteeme [66]. STAT3 siRNA spetsiifiline kohaletoimetamine GBM rakkudesse saavutati, kasutades kimäärset aptameeri, mis koosnes siRNA-st, mis oli suunatud STAT3 (signaalimuundur ja transkriptsiooni 3 aktivaator), mis oli konjugeeritud Gint4-ga.

T aptamersihtib PDGFR-i (trombotsüütidest pärineva kasvufaktori retseptor). STAT3 on agressiivse mesenhümaalse glioblastoomi alatüübi peamine regulaator. Süsteemi kohaletoimetamine ja STAT3 vaigistamine määrati PDGFR-positiivsetes GBM-rakkudes. Samuti näidati, et kimäärsüsteem vähendab rakkude elujõulisust ja migratsiooni in vitro ning inhibeerib kasvaja kasvu ja angiogeneesi in vivo [144].

Aptameere võib kasutada diagnoosimiseks, kuna need seonduvad spetsiifiliselt erinevate glioblastoomi rakuliinidega võrreldes teiste vähirakuliinidega, mille Kd on vahemikus 78–168 nM [63]. DNA aptameeride perekond valiti välja ja optimeeriti gliosarkoomi rakuliini (K308) sidumiseks, kasutades cell-SELEX [145].

Nende Kd väärtused on nanomolaarses vahemikus ja kõrgeima afiinsusaptameeri (WQY-9) Kd on 21 nM. WQY-9 oli K308 rakkude suhtes väga selektiivne ja K308 sisestas selle 37 ◦C juures. Kui testiti parafiiniga manustatud koeproovide suhtes, värvis WQY-9 (WQY-9-B) kärbitud versioon 73% (11/15) gliosarkoomi proovist, võrreldes 17% 12 normaalse prooviga.

Juhuslik DNA järjestus värvis vastavalt 13 ja 20% gliosarkoomist ja normaalsetest proovidest. Raku-SELEX valis ka RNA aptameeri (H02), mis seob alfa-5-beeta-1 integriini ja suudab tsüto- ja histofluorestsentsanalüüsides eristada glioblastoomi rakuliine ja patsiendilt saadud kasvaja ksenotransplantaatide kudesid. [146].

Seega on mitu aptameeri, mis lubavad rakendusi toota tõhusamaid gliosarkoomi diagnostikavahendeid. Mõned aptameerid on loetletud tabelis 3.

4. Järeldused ja tulevikuperspektiiv

Kiiresti vananeva elanikkonnaga riike seab tulevikus väljakutse mitmete neurodegeneratiivsete haiguste all kannatavate inimeste arvu suurenemine. Aastaks 2050 on üle kahe miljardi inimese üle 60 aasta vanad ja üle 80aastaste inimeste arv kolmekordistunud, praeguselt 137 miljonilt 425 miljonile.

Selle eakate arvu suurenemisega kaasneb eeldatavasti ka neuroloogiliste haigustega patsientide arvu proportsionaalne kasv.

Oodata on ka ajukasvajate esinemissageduse suurenemist, seda nii seetõttu, et vähktõve esinemissagedus suureneb koos vanusega ja seda võib veelgi süvendada eakate aju parandamismehhanismide efektiivsuse vähenemine.

Neuroloogiliste haiguste ja ajukasvajatega patsientide arvu suurenemist saaks vähendada, kui mõistetaks tegureid, mis muudavad eakad inimesed vastuvõtlikuks neuroloogilistele häiretele, valgu akumuleerumise, agregaatide lagunemise halvenemise ja närvirakkude surma mehhanisme ning töötataks välja sobiv diagnostika ja ravi.

Seetõttu saab neuroloogiliste haiguste ja ajukasvajate põhialuste ning nende mõju vananemisele mõistmine välja selgitada vahendid nende ennetamiseks või raviks ning parandada vanemas eas inimeste elukvaliteeti.

Antikehad on praegu neuroloogiliste haiguste molekulaarsete biomarkerite, eriti valgu biomarkerite diagnoosimise peamine vahend. Antikehade tootmine on aga kulukas, partiide kaupa varieeruvad, mis nõuavad põhjalikku kvaliteedikontrolli, ja neid on vaja hoida külmkapis. Terapeutilisel kasutamisel tuleb ka antikehad esmalt "humaniseerida", et vältida immuunsüsteemi äratõukereaktsiooni.

Diagnoosimise ja ravivõimalusi saab laiendada, lisades haiguse biomarkeritele spetsiifilised aptameerid ja aptameeri konstruktsioonid, mida saab kasutada raviprobleemide lahendamiseks.

Kuigi aptameerid pakuvad eeliseid ja palju uusi võimalusi diagnostiliseks ja terapeutiliseks rakenduseks, on nende esindatus tänapäevases diagnostikas ja teraapias madal.

Võrreldes antikehadega on aptameerid suhteliselt hiljuti avastatud molekulid ja nende arendamine heakskiidetud diagnostilisteks ja terapeutilisteks aineteks võtab aega. Selles ülevaates oleme teinud kokkuvõtte diagnoosimiseks ja raviks kasutatavatest saadaolevatest aptameeridest ning loetlenud need järjestuste ja omadustega tabelis 3.

Siiski on palju rohkem potentsiaalseid aptameeri sihtmärke, mis on seotud neuroloogiliste haigustega, sealhulgas LRRK2, Parkin, PINK1, DRP-1, DJ-1, UBQLN2, C9orf72, NEK-1 ja FAS.

Nende funktsiooni edasise optimeerimise ja iseloomustuse standardiseerimisega eeldatakse, et aptameeride rakendamine kogub hoogu ja pakub palju uusi võimalusi neuroteaduste valdkonna diagnostikas ja teraapias.

Autori kaastööd: kõik autorid on käsikirja avaldatud versiooni läbi lugenud ja sellega nõustunud.

Rahastamine: seda artiklit toetab Türgi teadus- ja tehnikauuringute nõukogu (TÜB˙ITAK) 3501 (karjääri arendamise programm), projekti number 119S845.

Institutsioonilise läbivaatamise nõukogu avaldus: Ei kohaldata.

Teavitatud nõusoleku avaldus: Ei kohaldata.

Andmete kättesaadavuse avaldus: selles uuringus uusi andmeid ei loodud ega analüüsitud. Andmete jagamine selle artikli puhul ei kehti.

Huvide konflikt: autorid ei deklareeri huvide konflikti.

Viited

1. Rangel, AE; Chen, Z.; Ayele, TM; Heemstra, JM Väikemolekuli äratundmiseks võimelise XNA aptameeri in vitro valik. Nucleic Acids Res. 2018, 46, 8057–8068. [CrossRef] [PubMed]

2. Ilgu, M.; Nilsen-hamilton, M. Aptamers in Analytics. Analüütik 2016, 141, 1551–1558. [CrossRef] [PubMed]

3. Ellington, AD; Szostak, JW Spetsiifilisi ligande siduvate RNA molekulide in vitro valik. Loodus 1990, 346, 818–822. [CrossRef][PubMed]

4. Robertson, DL; Joyce, GF RNA ensüümi selektsioon in vitro, mis lõikab spetsiifiliselt üheahelalist DNA-d. Loodus 1990, 344 467–468. [CrossRef] [PubMed]

5. Tuerk, C.; Gold, L. Ligandide süstemaatiline evolutsioon eksponentsiaalse rikastamise teel: RNA ligandid bakteriofaagi T4 DNA polümeraasiks. Science 1990, 249, 505–510. [CrossRef] [PubMed]

6. Pime, M.; Blank, M. Aptameri valikutehnoloogia ja hiljutised edusammud. Mol. Seal. Nukleiinhapped 2015, 4, e223. [CrossRef]

7. Kang, K.-NN; Lee, Y.-SS RNA aptameerid: ülevaade viimastest suundumustest ja rakendustest. Tulevikusuundumused Biotechnol. 2013, 131, 153–169.[CrossRef]

8. Munzar, JD; Ng, A.; Juncker, D. Duplekssed aptameerid: ajalugu, disain, teooria ja rakendamine biosenseerimisel. Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 1390–1419. [CrossRef]9. Zhang, Y.; Lai, BS; Juhas, M. Viimased edusammud aptameeride avastamise ja rakenduste vallas. Molecules 2019, 24, 941. [CrossRef]

10. Zhou, J.; Rossi, J. Aptamerid kui suunatud ravimeetodid: praegune potentsiaal ja väljakutsed. Nat. Rev. Drug Discov. 2017, 16, 181–202.[CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com